Межведомственный эколого-образовательный центр "Истомино"

Научный отчет по МЭОЦ "Истомино" БИП СО РАН за 2011 г.

Базовые проекты:
Программа V.39.2. Разработка физико-химических основ безопасности антропогенной деятельности

Научный проект "Трансформация веществ в объектах водных экосистем под воздействием изменяющейся окружающей среды"

1.1. Исследование липидов рогатковидных рыб оз. Байкал в зависимости от их экологических характеристик.

Впервые было проведено исследование жирнокислотного состава рогатковидных рыб озера Байкал, принадлежащих к разным экологическим нишам. Рыбы были отловлены в различных районах озера Байкал в 2009-2010 гг. как с помощью глубоководного траления, так и при помощи глубоководных обитаемых аппаратов ГОА "Мир" в ходе Международной научно-исследовательской экспедиции "Миры на Байкале" 2008-2010 гг.

Для изучения закономерностей изменения жирнокислотного состава рогатковидных рыб использовались органы и ткани (сердечная, белая мышцы) 6 видов бентосных (5 абиссальных и 1 эврибатный) байкальских рыб, принадлежащих к двум семействам (Cottidae, Abyssocottidae) подотряда Cottidei.

Сравнение абиссальных и эврибатных видов. В целом, значения для основных групп ЖК в Batrachocottus nikolskii семейства Cottocomephprinae находятся в тех же интервалах для абиссальных видов, которые описаны для семейства Abyssocottidae. Эврибатный вид Batrachocottus multiradiatus характеризуется повышенным содержанием насыщенных ЖК (25,3%) по сравнению с абиссальными видами (19,9-21,9%), а также полиненасыщенных ЖК (48,3%) (ср. 25,2-37,9%). В то же время ЖК группы мононенасыщенных содержатся, наоборот, в меньших количествах - 26,4% (ср. 40,1-50,1%). Общая степень ненасыщенности (сумма ненасыщенных ЖК всех типов) ниже в эфрибатном виде - 3,0 (ср. 3,4-4,0).

Таким образом, эврибатный вид, способный обитать и на небольших глубинах, содержит меньшие пропорции ненасыщенных ЖК (причём в этой группе значительно преобладают ПНЖК). Повышенное содержание ненасыщенных жирных кислот в абиссальных видах, вероятно, связано с поддержанием текучести клеточных мембран при пониженных температурах. Высокое содержание ПНЖК в эврибатном виде связано с их резервной функцией, они играют важную роль в метаболизме как источник энергии, необходимый для совершения более активных плавательных движений.

1.2. Определение химических форм тяжёлых металлов, их концентраций в водах и донных отложениях рек Баргузин и Селенга

В отчётном году проведены экспедиции по р. Баргузин и его основным притокам р. Аргада, р. Ина с целью определения содержания в поверхностных водах тяжёлых металлов. Установлено, что содержание свинца и цинка не превышало предельно-допустимых концентраций (ПДК) для рыбохозяйственных объектов и составляло: для Pb от 2,7 до 5,2 мкг/л, Zn от 2,6 до 6,5 мкг/л. Содержание меди варьировалось от 0,8 до 2,2 мкг/л (рис.).

Рис. Сезонная динамика содержания тяжёлых металлов в р. Баргузин и его притоках

По длине реки отмечено, что после населённых пунктов п. Баргузин и п. Усть-Баргузин наблюдается незначительное повышение концентраций свинца и цинка.

Характерная особенность вод Селенги - высокая мутность. Наибольшие величины твёрдого стока отмечены в период весеннего половодья и составляют на створе Мурзино - 54 г/м³, Лобановская - 30, Харауз - 38, Средняя - 14. Это связано с изменением фазы водности, резким повышением скоростей водного потока. В меженный период (сентябрь-октябрь) величины мутности изменяются незначительно по протокам и варьируют от 13 до 19 г/м³.

Для речных вод с высотокй мутностью характерно развитие адсорбционных процессов на взвешенных частицах. Такие металлы, как Fe, Mn, Zn, Cu распределены по длине реки крайне неравномерно. Для указанных ТМ проявляется отчётливая тенденция к увеличению концентраций вниз по течению реки с максимумом на выходных створах проточных вод объектов Харауз, Лобановская. При этом валовое содержание Fe возрастает с 225,0 до 456,1, Mn - с 15,2 до 44,6 мкг/л, Zn - с 34,5 до 56,1 мкг/л, Cu с 5,2 до 13,5 мкг/л. Содержание Pb, Ni, Co, Cd во ВВ меняются мало на разных участках дельты.

По относительному содержанию взвешенных форм металлов (процент общего содержания) указанные ТМ убывают в следующем порядке: Fe>Mn>Pb>Ni>Co>Zn>Cd. Такая последовательность объясняется высоким сродством ионов Fe, Mn, Pb, Ni с глинистыми минералами.

Программа Президиума РАН №17 "Фундаментальные проблемы океанологии: физика, геология, биология, экология".

Подпрограмма "Глубоководные исследования озера Байкал"

По теме "Комплексные исследования зон активных разгрузок глубинных флюидов на озере Байкал с помощью автономных аппаратов, обитаемых аппаратов "МИР", а также дистанционных пробоотборников"

Программы Президиума РАН № 20.9: "Комплексные исследования зон активных разгрузок глубинных флюидов на озере Байкал с помощью автономных необитаемых аппаратов, глубоководных обитаемых аппаратов "МИР", а также дистанционных пробоотборников"

- изучение жирнокислотного состава липидов губок (Spongia) глубоководной части оз. Байкал

В 2009-2010 гг. во время экспедиционных работ с участием глубоководных аппаратов "МИР" в бухте Фролиха, м. Толстый, Больших Котах, м. Ижимей, Посольской банке, Баргузинском заливе и в районе пос. Турка были собраны образцы донных осадков и губок.

Было обнаружено и идентифицировано 92 соединения. Анализ липидной фракции показал, что в губках Фролихи содержится наибольшее содержание ЖК до 62,5%; в губках, отобранных в районе м. Толстый - 19,9%, в районе Больших Котов - 30,9 и 35,5%, в остальных местах обитания от 41,9 до 50,9%. Было обнаружено и идентифицировано 64 ЖК различной степени насыщенности.

Обнаружено 12 стеринов. Анализ исследуемых образцов губок показал, что наибольшее содержание стеринов наблюдается в губках, отобранных в районе м. Толстый, липидная фракция содержит 65% стеринов. А наименьшее количество в образцах Фролихи - около 30% стеринов. Губки других мест обитания содержат от 38,1 до 59,9% стеринов. Основным компонентом стеринов во всех исследуемых образцах губок является β-ситостерол (11,2-24,6%). Холестерин является одним из доминирующих стеринов в губках м. Толстый (22,6%) и б. Фролиха (7,4-8,0%). В губках, отобранных в районе пос. Турка и Большие Коты холестерин не был обнаружен, однако в значительных количествах были определены его производные.

В результате ГЧ-МС анализа определено около 100 веществ из класса жирных кислот, оксикислот и альдегидов микробного происхождения. Анализ липидных компонентов пробы показывает, что некоторые из них могут быть отнесены к вполне определённым родам или даже видам микроорганизмов. Эти бактерии являются представителями следующих групп: Actinobacteria, Proteobacteria (α-, β- и γ-), Firmicutes, Bacteroidetes, Cyanobacteria и Chlamiadiae.

Большинство веществ, выявляемых в гексановом экстракте продуктов кислого метанолиза донных осадков, имеют микробное происхождение. Во всех исследуемых образцах ДО присутствует ряд длинноцепочечных кислот С22-С28, дикарбоновых кислот С18-С24, жирных спиртов С16-С28 и 2-гидрокси-кислот С18-С28. Обнаружение в пробе жирных кислот с числом атомов углерода от 12 до 19 считается признаком бактериальной биомассы. В образцах доминируют группы изомеров гексадеценовой кислоты, что характерно для метилотрофных бактерий. По данным В.Ф.Гальченко и др. метанотрофы рода Methylomonas абсолютно доминируют в донных отложениях пресноводных озер, а их абсолютная численность составляет 5х10⁷ - 5.8х10⁸ клеток/г ила, что согласуется с нашими измерениями.

Междисциплинарный интеграционный проект № 93 "Развитие исследований в области медицинской химии
и фармакологии как научной основы разработки отечественных лекарственных препаратов"

В эфирном масле идентифицировано 43 компонента. Во всех образцах эфирного масла обнаружены 11 соединений, в том числе артемизиа кетон (10,24-14,62.8%), кариофиллен (9,93-10,71%), β-селинен (21,75-29,46%), окись кариофиллена (4,44-14,31%), гермакрен Д (3,53%-7,82%).

В то же время в некоторых образцах встречаются компоненты, отсутствующие в других образцах. Так, α-кубебен, β-элемент присутствует только в масле собранном в окрестностях г.Улан-Удэ.

Качественный состав основных компонентов эфирных масел полыни однолетней из разных мест произрастания одинаков. Основное отличие заключается в количественном содержании основных компонентов эфирного масла и в содержании спорадически появляющихся соединений.

Для максимального извлечения артемизинина из надземной части полыни однолетней были апробированы различные методы экстракции. В качестве экстрагентов использовали гексан, этилацетат, этанол и СО₂. Наименьший выход артемизингина состави (0,009%) при мацерации этанолом, при температуре 80°С. Содержание артемизинина в экстрактах, выделенных ультразвуковой экстракцией и мацерацией, с использованием различных растворителей (гексана, этилового спирта) существенно не отличается 0,038-0,040% в пересчёте на а.с.с. УЗ-экстракция этанолом, в зависимости от времени (5-20 мин.) показала, что оптимальным временем озвучивания является 15 мин, при озвучивании 5-10 мин, содержание артемизинина в экстракте не превышает 0,022%, а при озвучивании 15 мин. составляет 0,039%, дальнейшее увеличение времени озвучивания (до 20 мин) роли не играет, так концентрация артемизинина не изменяется. При настаивании этиловым спиртом полыни однолетней 24 ч. и 48 ч. содержание артемизинина, в полученных экстрактах примерно одинаково 0,040% и 0,038% соответственно. Наибольший выход артемизинина (о,054%) получен при доктрической СО₂-экстракции.

"Генезис растворённых веществ в поверхностных и подземных водах в зоне активного водообмена восточного побережья оз.Байкал" (совместно с ЛИН СО РАН, ГИН СО РАН).

Исследование озер восточного побережья оз. Байкал показало, что озёра располагающиеся на расстоянии не более 3,5 км от берега, имеют особенности в макро- и микрокомпонентном составе, в сравнении с оз.Байкал. Озеро- Бормашевое - минеральное, общая минерализация достигает 1155 мг/л, оно относится к гидрокарбонатному натриевому типу. Содержание гидрокарбоната достигает 700 мг/л, а содержание натрия - 292 мг/л. Озеро располагается на перешейке полуострова Святой Нос в 1,5 км от берега Баргузинского залива и имеет минерализацию на целый математический порядок выше, чем оз. Байкал.

В озерах Духовое и Дикое наблюдаются значительные концентрации ряда микроэлементов, как цинк, кадмий и медь. Эти три элемента имеют высокие концентрации в обоих озерах. Содержание кадмия даже превышает предельно допустимые концентрации для вод питьевого назначения, достигая 13,0 мкг/л в оз. Духовое и 4,01 мкг/л в оз. Дикое. Для этих озёр характерны относительно высокие содержания редких земель, в особенности лёгких. В озере Духовое отмечаются относительно повышенные концентрации стронция и урана, а в озере Дикое - свинца.

В озёрах Бакланье, Лесное вода относится к гидрокарбонатному магниево-натриево-кальциевому типу. Эти два озера имеют минерализацию 222 мг/л и 363 мг/л соответственно, они располагаются в пределах Кабанского болотного массива и, вероятно, их химический состав определяется процессами, протекающими в этом болоте. На это указывает и корреляция содержания микроэлементов в озере Бакланье с содержанием микроэлементов в магистральном канале Кабанской осушительно-оросительной системы. Содержание железа в оз. Бакланий достигает 1154 мкг/л, в канале - 1453 мкг/л, в этом озере и магистральном канале зафиксированы относительно повышенные концентрации мышьяка, стронция.

"Оценка экологического состояния дельты р. Селенга, процессов дельтообразования, химии природных систем"

За отчётный период проведены 4 комплексные гидрохимические, гидрологические экспедиции с участием БИП СО РАН, ЛИН СО РАН (март, июль, октябрь 2011 г.) в дельте р. Селенги, по реке Баргузин и его основным притокам р. Аргада, р. Ина, р.Улюн, р.Алла.

Были отобраны пробы поверхностных вод, снега и донных отложений, газов.

Всего отобрано 97 проб воды, 55 проб донных отложений, 30 проб растительности, 25 проб снежного покрова.

Проанализированы пробы поверхностных вод на содержание свинца, цинка и меди. Полученные результаты свидетельствуют о том, что содержание в поверхностных водах р.Баргузин, р.Аргада и р. Ина свинца и цинка находится в пределах ПДК для рыбохозяйственных объектов, содержание меди составляет 1,1 - 1,8 ПДК. По результатам анализов поверхностных вод проток дельты р. Селенги установлено, что содержание свинца изменялось в пределах от 3,3 до 17,2 мкг/л, цинка от 3,2 до 7,3 мкг/л, меди от 1,5 до 3,3 мкг/л. Проведенный сравнительный анализ речных вод р. Селенги и р. Баргузин показал, что селенгинские воды содержат концентрации свинца, цинка и меди в 1,5 - 2 раза выше баргузинских вод.

"Растения семейства Umbelliferae флоры Бурятии - источники кумаринов"

Градиентной экстракцией получены густые экстракты из подземной части растений рода Phlojodicarpus. Выделены и идентифицированы 2 производных кумаринов - пеуценидина и либанорина. Жирнокислотный состав подземной части вздутоплодников представлен ненасыщенными жирными кислотами: цис-9-октадеценовой и цис-9,12-октадекадиеновой кислотой. В исследуемых нами образцах вздутоплодников количественное содержание изученных металлов (меди, свинца, кадмия, цинка, хрома, марганца и никеля) сопоставимо со значениями, описанными в литературе по другим лекарственным растениям.

Из надземной части были горичника солончакового флоры Монголии получены этанольный, гексановый, диэтиловоэфирный и этилацетатный экстракты. В этанольном экстракте горичника солончакового методом ВЖХ-МС обнаружены кверцетин, рутин, тиалинин, в гексановом лютеолин, хризоэриол, в диэтиловоэфирном и этилацетатном - рутин. Содержание кверцитина в этанольном экстракте составляет 2,8 мкг/л. Содержание рутина наибольшее в этилацетатном (95,0 кмг/л), наименьшее в диэтиловоэфирном экстракте (8,5 мкг/г).